微砂载体絮凝预处理缓解超滤膜污染

采用微砂载体絮凝工艺对城市污水厂二级出水进行预处理,考察了该工艺对污水中溶解性有机碳(DOC)、UV_(254)和浊度的去除效果,表征了微砂载体絮凝对污水中溶解性有机物的去除特性,比较了絮体分形维数和絮凝指数(FI)的变化,分析了絮凝预处理对超滤膜比通量和膜阻力的影响。结果表明:微砂载体絮凝能有效去除污水中的大分子腐殖酸和蛋白类有机物,抑制有机物在膜表面的堆积,形成较大分形维数、抗剪切力强的絮体滤饼层;微砂的支撑作用有利于提高滤饼层的渗透性,有效降低膜过滤总阻力,尤其是滤饼层阻力,延缓了超滤膜通量的衰减进程,缓解了膜污染。

不同尺寸砂石过滤器内部流场数值模拟

针对不同结构和尺寸的砂石过滤器影响微灌用砂石过滤器水力性能,利用FloEFD流体仿真软件并采用多孔介质模型,对3种不同尺寸过滤器的流场进行数值模拟。结果表明:对4寸的砂石过滤器进行数值模拟所得到的结果,与实际的试验结果相比较,最大相对误差为8.94%,平均相对误差为6.47%,说明采用多孔介质模型及边界条件设置合理,所选模拟具有较好可靠度和准确性;由模拟结果可知不同尺寸的过滤器内部流场分布基本一致,确定不同尺寸的过滤器最佳进水流量范围,根据灌溉面积、水质情况以及泵功率等因素为选择合理的过滤器尺寸提供依据。

不同改性方法对生物砂滤池生物膜特性及处理受污染原水效果的影响

通过对普通石英砂(QS)进行氨基及铝钙双氢氧化物改性制得氨基改性砂(AMS)和铝钙双氢氧化物改性砂(CAS),分别以QS、AMS、CAS为滤料填充滤池进行挂膜,研究了不同石英砂表面的生物膜量、生物活性、胞外聚合物(EPS)的特性及对受污染原水的处理效果。结果表明,挂膜成功后CAS表面的生物活性最高,为42.00 mgO_(2)/(g·h),生物膜量和胞外聚合物的含量最大,分别为12.43 mg/g、105.09 mg/(g·SS),对COD_(Cr)、NH^(+)_(4)-N的去除率分别稳定在58.20%、89.50%;AMS表面的生物活性、生物膜量、EPS平均含量分别为32.97 mgO_(2)/(g·h)、9.07 mg/g、93.41 mg/(g·SS),对COD_(Cr)、NH^(+)_(4)-N的去除率分别为54.60%、85.10%。三种石英砂表面生物量分布均沿水流方向递减,EPS的含量从溶解性胞外聚合物(SL-EPS)到紧密附着性胞外聚合物(TB-EPS)呈上升趋势。

砂土边坡的速凝高聚物微型抗滑桩加固效果研究

针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷,提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路,开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明,在数值模拟中,将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时,应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征;模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合,在一定程度上验证了数值模拟的准确性;在施加了5级水平推力(1 500 N)后,单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%,而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征,加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时,单排桩工况中的桩体断裂,而当水平推力达到2 400 N时,双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。

炼化污水总排水质提标升级改造技术总结

结合炼化企业污水处理场实际运行工况及存在问题,论述了污水总排水质提标升级主要改造内容,重点介绍了高效低氧一体化生物处理、臭氧催化氧化、多级曝气生物滤池、微砂加碳高效沉淀池深度污水处理技术特点。工业应用结果表明,该组合技术先进可靠,去除污水COD、氨氮、总磷效率高,总排污水平均COD 10.92 mg/L,BOD 2.9 mg/L,氨氮0.14 mg/L,总氮6.62 mg/L,总磷0.13 mg/L,石油类0.83 mg/L,完全达到《陕西省黄河流域污水综合排放标准》(DB 61/224—2018)要求,环保效益明显,每年减排COD 3309.4 kg,氨氮4142.4 kg,悬浮物57.6 kg,对改善周边生态环境发挥了积极作用,在国内炼化企业废水综合治理方面具有一定的借鉴价值。

煤矿井下处理高浊矿井水工艺技术的研究

以陕西小保当矿业有限公司一号井煤矿为例,针对井下进水仓生产污水的水质、水量及其波动情况,利用微砂重介速沉设备进行处理,具有处理效率高、占地面积小、自动化程度高等优势,在井下运用微砂重介速沉水处理工艺技术将煤泥岩粉等悬浮物先行去除,实现泥水的有效分离,清水入仓后可提升至地面或井下直接回用,煤泥也得到了有效回收并产生经济效益,排水系统更节能降耗。

厚松散层底部土层抗渗透破坏突水溃砂研究

为了探究厚松散层底部土层抗渗透破坏特征,以兴隆庄煤矿巨厚松散层薄基岩下开采四采区浅部资源为工程背景,通过对上、下2组土样进行颗粒级配、微观测试、抗渗透试验、安全临界水头高度理论计算等综合分析,探究山西组3煤层上覆含水层发生突水溃砂的临界条件。研究发现:土样的颗粒级配及颜色变化差异较大,粒径小于0.075 mm的细粒土的质量分数,上组的不到30%,而下组的高达70%;上组土样以长石为主,长石质量分数超过90%,结构疏松,SiO_(2)质量分数高,属于典型的砂性土类;下组土样以高岭石为主,质量分数超过70%,结构致密,Al_(2)O_(3)质量分数高,属于典型的黏性土类;确定了不同裂缝宽度下临界水压及临界水力坡度量化取值,随着裂缝宽度不断增加,临界水压和临界水力坡度均呈现逐渐下降的趋势,当裂缝为20 mm时,均出现明显拐点;理论类比计算了安全临界水头高度,初步确定了研究区第四系底部含水层允许安全水头高度为54~70 m,通过与实际水头值对比,分析认为正常开采条件下该区域不会发生突水溃砂渗透破坏事故。

河砂与石英砂对蒸养超高性能混凝土(UHPC)性能的影响及机理

本研究分别选用颗粒粒径分布相近的河砂与石英砂制备了不同胶砂比的超高性能混凝土(UHPC),探究了两种细集料对不同胶砂比情况下UHPC性能的影响。结果表明:(1)采用河砂制备的UHPC的扩展度稍大于采用石英砂者;(2)采用河砂制备的胶砂比为1.0的UHPC的抗压强度和抗拉强度最高,表现出明显的应变硬化现象,采用石英砂所制备的胶砂比为0.8的UHPC的抗拉强度最低,几乎无应变硬化现象;(3)细集料种类及胶砂比对水泥水化反应和掺合料火山灰反应的影响有限,蒸养条件下,硬化浆体中几乎无Ca(OH)_2存在;(4)UHPC内孔隙的直径大多小于1μm,胶砂比相同时,采用石英砂制备的UHPC所含孔径小于1μm孔的数量多于采用河砂者;(5)与石英砂相比,河砂与硬化浆体的界面过渡区较为致密,且采用河砂制备的UHPC中浆体对纤维的包裹性也较好。

水力旋流器在中关铁矿尾砂充填中的应用

中关铁矿为地下矿山,采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿法。原充填工艺采用全尾砂充填,由于尾砂中细粒级物料占比较大,影响充填体强度,为了提高充填体强度只能增加充填材料使用量,造成了充填作业的成本增加。为提高充填体强度,保证“二步采”采矿安全性,降低充填成本,中关铁矿充填车间在原工艺流程的基础上,通过在立式砂仓的进砂口处增加FX250-GX-B×6旋流器组对尾砂进行分级,提高进入充填砂仓物料的粒度,优化了充填工艺。调试结果表明,在旋流器给料压力为0.09 MPa时可以得到产率较高、粒度较粗的底流尾砂,在给料压力为0.09 MPa的情况下,通过改变充填料浆浓度(最佳为58%)、灰砂比(最佳为1∶4)、充填材料配比(最佳为矿渣微粉:激发粉=55∶45)3个工艺指标,可以提高充填体强度。该设备的成功应用提供了一种通过对尾砂分级、提高底流粒度来提高充填体强度、降低充填材料消耗的可行性办法,在矿山生产中具有推广意义。

渤海油田注水井微压裂解堵技术研究与应用

渤海油田水处理难度大,虽然采取了很多提升水质措施,但仍存在注入水与储层配伍性问题,导致注水井井筒附近存在储层污染,注水井吸水能力不断下降。酸化是渤海油田采用最多的增注措施,但多轮次酸化后增注效果变差,增注有效期也越来越短。提高注水井吸水能力、满足配注要求并降低解堵成本是渤海油田急需解决的技术难题,为此依托海上平台现有条件,基于高压和大排量注水,对注水井井筒附近污染带进行微压裂,以提高注水井吸水能力。岩芯实验和理论研究表明,疏松砂岩注水井微压裂主要是在注水井井筒附近形成微裂缝,远离污染带,在疏松砂岩储层中裂缝延伸距离有限,这是一种通过解除井筒附近污染带以恢复注水井吸水能力的手段。以上述研究结果为依据,对F8井进行微压裂先导试验,视吸水指数由微压裂前的10 m^(3)/(d·MPa)增加到16.5 m^(3)/(d·MPa),增注效果明显。该技术在渤海油田推广应用161井次,实现了提高注水井吸水能力、满足配注要求并降低解堵成本的目标。

基于电成像测井的火山碎屑砂砾岩支撑类型评价

火山碎屑砂砾岩在沉积过程中受河流搬运与火山作用共同影响,造成岩石粒径变化大、不同粒级组合的孔隙结构复杂,影响储层品质。如何利用测井资料评价岩石粒级及不同粒级的组合模式是储层评价亟待解决的问题。依据X衍射的全岩分析实验结果得出研究区主要矿物成分及母岩类型特征。通过观察岩心照片结合岩电实验数据,发现研究区火山碎屑砂砾岩普遍存在骨架含有酸性火山岩的低阻砾石及正常沉积的高阻砾石。基于微电阻率扫描成像测井资料,利用分水岭算法,定量计算高、低阻砾石含量,并建立研究区岩性识别划分标准。在基于滑动窗口法生成的粒度谱基础上,构建粒度面积谱用来定量评价不同粒级砾石的含量,以获得不同粒级砾石的分布特征。通过分析岩心不同粒级组合关系的含油性特征,确定砾石颗粒支撑类型,结合粒度谱及粒度面积谱,形成基于电成像测井的火山碎屑砂砾岩支撑类型评价方法。该方法充分利用电成像测井资料在砾石识别中的优势,为火山碎屑砂砾岩岩性识别及粒级组合模式评价提供了重要手段。

微灌砂石过滤器滤层泥沙的沉积与迁移特征

为探明泥沙颗粒在砂石过滤器滤层中沉积与迁移的规律,选用3种粒径(>0.90~1.25、>1.25~1.60、>1.60~2.00 mm)的石英砂作为滤料,通过滤柱模型开展0.4‰的浑水过滤试验,分析滤层沉积与迁移的泥沙质量、泥沙粒度分布以及过滤时的水力性能。结果表明:过滤过程3种滤柱泥沙截留率分别为97.07%、94.53%、90.50%,滤后水均满足微灌水质要求,但构成砂滤柱的滤料粒径越大,泥沙在滤层中分布越均匀。各砂滤层截留泥沙的粒径分布宽度自上向下分别为1.86、3.37、4.12、4.21,随滤层深度增加,截留泥沙颗粒粒径减小;在>0.90~2.00 mm范围内,随滤料粒径增大,更多的细颗粒泥沙可以随水流排出过滤器,但中砂与粗砂全部截留在滤层中。综上,3种砂滤柱过滤效率的差异主要体现在小粒径泥沙截留量上,而在满足微灌水质标准的情况下,该部分小颗粒泥沙并不会使灌水器流道产生物理堵塞。同时,根据流速与压强分析得,大粒径的砂滤柱不仅流速稳定,压强升高较慢,而且纳污能力强。因此,在滤后水满足微灌水质的情况下,应当优先采用大粒径滤料,这样不仅可以提升过滤效率,而且节能省材。研究结果对砂石过滤器滤料粒径及滤层高度的优化具有重要意义。

砂土混合覆盖下的土壤水分蒸发特性及其因子分析

为明确不同砂土混合物覆盖对土壤蒸发过程的影响,基于土壤蒸发分阶段理论及微型蒸渗仪田间试验,深入探析了6种砂土混合覆盖模式(1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,分别为M1~M6)下的土壤蒸发动态变化及其作用机制。结果表明:土壤蒸发分阶段理论能够真实刻画砂土混合覆盖下的土壤水分蒸发状况,其累计蒸发量可用砂土混合比与蒸发时间进行定量表征。当砂土混合比≥0.8时,土壤蒸发过程仅存在2个明显阶段,抑蒸效果显著;当砂土混合比<0.5时,M3~M6处理的土壤蒸发稳定高峰期明显,且集中于前2.53~2.66天,水分主要散失历时则分别较M1增加6.49,6.49,6.49,7.09天;而当砂土混合比介于0.5~0.8时,覆盖层易诱发且能够更早地形成结构致密的覆盖干层,整体保墒效果反而凸显。受土壤蒸发阶段特性及覆盖模式的影响,蒸发第1阶段主要受下垫面净辐射通量供应的限制;而在蒸发第2,3阶段,砂层结构的作用凸显,土壤水力特性调控效应逐渐占优。总之,砂层结构恶化将加快土壤失水过程,增加农田水分的无效损失,当砂土混合比<0.5时,其抑蒸保墒功效将逐渐丧失,这对西北旱区砂田退化机理的揭示及压砂地可持续健康发展具有现实意义。

南海钙质砂微观构造三维图像分析与表征

将侧限压缩试验与CT断层扫描技术相结合,获取钙质砂样本在压缩过程中的三维图像,采用自适应分水岭法对图像中颗粒进行分割,获取颗粒尺寸、形状(球度、凸度、棱角度等)和主轴方向等基本信息,对土样微观形态进行三维表征,并对颗粒形状与尺寸参数进行相关性分析;同时,基于膨胀算法获取颗粒间接触网络,并对受力过程中颗粒配位数及接触方向演变特性进行分析。研究结果表明:钙质砂颗粒形状和配位数与其尺寸存在明显相关性,本研究可为钙质砂本构模型开发与离散元数值模型验证提供参考。

手扶式微型草沙障铺设机的设计与试验

针对现有人工草沙障制作费时、费力,大型固沙车受沙区地形、面积等因素影响导致作业范围受限等关键性问题,研究设计了一种手扶式微型草沙障铺设机。阐述了该机的主要结构及工作原理,并通过对样机关键部件的设计与分析,结合草沙障治沙、固沙的具体农艺要求,确定了该机传动系统、压草轮系统、升降式行驶系统的结构及工作参数,解析了整机核心部件作业机理。铺设试验结果表明:设计的手扶式微型草沙障铺设机样机的使用有效度A为98.6%(使用有效度越大,可靠性越高),将稻草压入沙中的总体平均深度为21.6 cm,露出沙地表面的平均高度为18.4 cm。铺设试验各项指标均达到行业标准要求,试验结果满足设计要求。

高性能绿色预拌混凝土配合比设计与经济效益分析

由于建筑业的快速发展,混凝土细骨料中的石英砂资源日益缺乏,已逐渐成为全球重要战略资源。为研究开发新型高性能绿色预拌混凝土,利用陶瓷颗粒材料替代高性能混凝土中的石英砂材料,制备了掺陶瓷颗粒和钢纤维的高性能绿色混凝土(CSFRC),并对其开展了抗压强度试验、抗折强度试验、微观电镜扫描以及经济性分析。研究发现:(1)利用陶瓷颗粒材料完全替代石英砂制备的CSFRC力学性能优良,且综合成本均低于石英砂高性能混凝土,100%陶瓷颗粒混凝土的抗压强度、抗折强度相对石英砂高性能混凝土分别高出17.74%和36.12%。(2)石英砂高性能混凝土和100%陶瓷颗粒材料替代石英砂组CSFRC试件的内部结构完整性强,而陶瓷颗粒材料50%替代石英砂组试件的内部存在大量的孔洞,结构完整性较差。(3)在不同陶瓷颗粒材料掺量条件下,制备CSFRC的成本分别为3240.04元/m^(3)、3135.16元/m^(3)、3029.96元/m^(3)、2924.76元/m^(3)、2819.58元/m^(3),利用陶瓷颗粒材料完全替代石英砂制备的CSFRC的综合成本较石英砂高性能混凝土降低了12.98%。研究成果为我国建筑废弃材料的资源回收和高性能混凝土的开发应用提供了一定的借鉴作用。

黄河砂与沙漠砂胶砂强度及微观机理

针对天然砂料日趋枯竭的问题,采用黄河砂和沙漠砂分别全部替代天然砂配置砂浆,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X-射线能量光谱(energy dispersive spectrometer,EDS)和背散射电子(back scatter electrons,BSE)及元素扫描微观表征手段并联合力学强度试验,从宏微观角度揭示两种砂浆强度发展机理。结果表明:沙漠砂体系中胶砂界面处的钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)发育完善,养护前期大量层状Ca(OH)2紧密堆积,强化了胶砂界面结构;沙漠砂砂浆中的Ca/Si随龄期增加1.64,黄河砂砂浆的钙硅比增加0.52,有效保证其强度稳定性;沙漠砂颗粒黏结性强,充分填充砂浆界面孔隙,优化了砂浆结构的密实性,从而提升了其力学强度。

页岩石粉加气混凝土砌块的制备与微观分析研究

新产出粉煤灰不足以供应加气混凝土企业的生产,故与省内某大型加气混凝土企业共同研究硅砂-炉渣-页岩石粉加气混凝土的力学性能与微观分析。选用水胶比、生石灰掺量、硅砂掺量、炉渣掺量、石膏掺量、铝粉掺量、减水剂掺量、页岩石粉粒径、页岩石粉掺量作为影响因素,进行正交试验,测得试样的抗折、抗压强度、干密度。试验结果得出抗折、抗压强度均较高的试样配合比。且进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)微观分析,得到矿物组成成分与抗折断裂表面的微观结构。这些均为加气混凝土企业研发并制备新型加气混凝土砌块的配合比及相应的力学性能、微观分析提供参考。

含砂量对砂-粉土混合物强度特性的影响试验研究

为研究砂粒对砂-粉土混合物强度特性的影响规律及作用机制,对不同含砂量的砂-粉土混合物进行三轴固结排水剪切试验和压汞试验。研究结果表明:随含砂量的增加,砂-粉土混合物的内摩擦角和峰值偏应力增大,黏聚力降低,含砂量≤30%时变化幅度最明显,其后较弱并趋于稳定;同时,峰值偏应力增幅随着围压的增加而增大。含砂量<15%时,砂-粉土混合物的强度由黏聚强度控制,随着含砂量增大,摩擦强度逐步超过黏聚强度对强度起主要作用。砂-粉土混合物的体积收缩致使土体更加密实,从而导致砂-粉土混合物内摩擦角和峰值偏应力的增加。

不同水泥掺量胶结钙质砂的导热性能及微观结构分析

钙质砂的导热性能影响周围土体的传热过程,引起不同环境温度下钙质砂的工程力学性能变化及灾害效应。基于热针法分析5种不同水泥掺量(P_(s)=5%、7.5%、10%、12.5%、15%)胶结钙质砂的导热系数变化规律,利用SEM、MIP、NMR技术综合揭示该过程中胶结钙质砂微观孔隙结构变化的本质特征,在此基础上阐释热特性演化的微观机理。试验结果表明:胶结钙质砂的导热系数λ随水泥掺量P_(s)的增大而递增,P_(s)小于10%时,λ呈线性递增,P_(s)大于10%时,λ增长缓慢;随着水泥掺量P_(s)的增大,胶结钙质砂中孔隙数量越来越少,孔隙占比下降明显,但P_(s)增大到10%后,总孔隙面积、孔隙数量、孔隙率等微孔隙结构参数变化减缓;不同水泥掺量胶结钙质砂的导热系数λ与其微观孔隙结构变化呈负相关关系,本质原因在于凝胶状的水泥水化产物连续填充了胶结钙质砂孔隙,降低了其孔隙率,改善了砂样内部传热,宏观表现为其导热系数λ随水泥掺量P_(s)的增大而增大。